package com.explorati.interview.interview.chapterfifteen.sort.quicksort;

/**
 * 对于双路快速排序的疑问解答： 
 * 比如数组 1,0,0, ..., 0, 0
 * a. 对于arr[i]<v和arr[j]>v的方式，第一次partition得到的分点是数组中间；
 * b. 对于arr[i]<=v和arr[j]>=v的方式，第一次partition得到的分点是数组的倒数第二个。
 * 这是因为对于连续出现相等的情况，a方式会交换i和j的值；而b方式则会将连续出现的这些值归为其中一方，使得两棵子树不平衡
 * 
 * @author explorati
 *
 */
public class QuickSort2Ways {

	// 我们的算法类不允许产生任何实例
	private QuickSort2Ways() {
	}

	// 双路快速排序的partition
	// 返回p, 使得arr[l...p-1] <= arr[p] ; arr[p+1...r] >= arr[p]
	// 双路快排处理的元素正好等于arr[p]的时候要注意，详见下面的注释：）
	private static int partition(Comparable[] arr, int l, int r) {

		// 随机在arr[l...r]的范围中, 选择一个数值作为标定点pivot
		swap(arr, l, (int) (Math.random() * (r - l + 1)) + l);

		Comparable v = arr[l];

		// arr[l+1...i) <= v; arr(j...r] >= v
		int i = l + 1, j = r;
		while (true) {
			// 注意这里的边界, arr[i].compareTo(v) < 0, 不能是arr[i].compareTo(v) <= 0
			// 思考一下为什么?
			while (i <= r && arr[i].compareTo(v) < 0)
				i++;

			// 注意这里的边界, arr[j].compareTo(v) > 0, 不能是arr[j].compareTo(v) >= 0
			// 思考一下为什么?
			while (j >= l + 1 && arr[j].compareTo(v) > 0)
				j--;

			// 对于上面的两个边界的设定, 有的同学在课程的问答区有很好的回答:)
			// 大家可以参考: http://coding.imooc.com/learn/questiondetail/4920.html
			//testSort就会运行100s+，也就是说，多了个等号的判断也会造成两棵子树不平衡
			// 比如数组 1,0,0, ..., 0, 0
			//
			// a. 对于arr[i]<v和arr[j]>v的方式，第一次partition得到的分点是数组中间；
			//
			// b. 对于arr[i]<=v和arr[j]>=v的方式，第一次partition得到的分点是数组的倒数第二个。
			//
			// 这是因为对于连续出现相等的情况，a方式会交换i和j的值；而b方式则会将连续出现的这些值归为其中一方，使得两棵子树不平衡

			if (i > j)
				break;

			swap(arr, i, j);
			i++;
			j--;
		}

		swap(arr, l, j);

		return j;
	}

	// 递归使用快速排序,对arr[l...r]的范围进行排序
	private static void sort(Comparable[] arr, int l, int r) {

		// 对于小规模数组, 使用插入排序
		if (r - l <= 15) {
			InsertionSort.sort(arr, l, r);
			return;
		}

		int p = partition(arr, l, r);
		sort(arr, l, p - 1);
		sort(arr, p + 1, r);
	}

	public static void sort(Comparable[] arr) {

		int n = arr.length;
		sort(arr, 0, n - 1);
	}

	private static void swap(Object[] arr, int i, int j) {
		Object t = arr[i];
		arr[i] = arr[j];
		arr[j] = t;
	}

	// 测试 QuickSort
	public static void main(String[] args) {

		// 双路快速排序算法也是一个O(nlogn)复杂度的算法
		// 可以在1秒之内轻松处理100万数量级的数据
		int N = 1000000;
		Integer[] arr = SortTestHelper.generateRandomArray(N, 0, 100000);
		SortTestHelper.testSort("com.explorati.interview.interview.chapterfifteen.sort.quicksort.QuickSort2Ways", arr);

		return;
	}
}